《JACS》！国仪量子SNVM助力揭示半导体MnS₂中室温铁磁性

《JACS》！国仪量子SNVM助力揭示半导体MnS₂中室温铁磁性

近日，南京理工大学阚二军教授、万逸副教授与中科院半导体所王开友教授课题组在二维铁磁半导体研究领域取得重要突破。研究团队利用国仪量子扫描NV探针显微镜（SNVM）成功揭示了半导体MnS₂的室温铁磁性，相关成果以“Experimental Evidence of Room-Temperature Ferromagnetism in Semiconducting MnS₂”为题，发表于《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。

文章链接：ttps://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c10107

二维铁磁半导体的发现为推进摩尔定律和自旋电子学在存储计算中的应用带来了巨大的希望，这引发了人们的极大兴趣。然而，所探索的二维铁磁半导体的居里温度远低于室温。尽管已经从理论上预测了大量的二维室温铁磁半导体，但在制备具有有序结构和高稳定性的亚稳态材料方面仍存在巨大挑战。

在此研究中，利用一种新的模板辅助化学气相沉积（CVD）策略，作者在ReS2模板内合成了层状MnS2微结构。高分辨率原子结构表征表明，单层MnS2微结构很好地结晶为畸变的T相。观察到的光学带隙和载流子迁移率随温度的增加证实了半导体特性。本研究通过综合采用振动样品磁强计（VSM）和电学输运测试，并结合国仪量子的SNVM进行微区磁成像，证实了MnS2室温铁磁性。电输运特性揭示了单层样品中存在反常的霍尔电阻成分。理论计算表明，室温铁磁性源于Mn-Mn短程相互作用。这项研究观察不仅提供了层状MnS2本征室温铁磁性的实验证实，还为二维亚稳态功能材料的生长提供了一种创新策略。

总之，这项研究工作取得了两个突破：(i) 在二维半导体MnS2单层中实验实现了本征室温铁磁性，解决了半导体-磁性冲突；(ii) 模板辅助CVD策略能够实现亚稳态铁磁微结构的可扩展合成。这些进展使MnS2成为二维自旋电子学的模型平台，并为低维磁性材料的工程设计提供了一种可行的方法。

图1 光学和磁性测量

图2 微区磁成像

图3 电输运测量

国仪量子扫描NV探针显微镜在此次研究中的高精度微区磁成像能力，为揭示MnS₂的磁性特性提供了关键支持，彰显了国产科学仪器在前沿研究中的重要作用。这项突破性工作不仅推动了二维材料领域的发展，也为自旋电子学和下一代存储技术提供了新的可能性。

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SNVM是一款结合了金刚石氮 - 空位色心（NV）光探测磁共振（ODMR）技术和原子力显微镜（AFM）扫描成像技术的量子精密测量仪器。具有高空间分辨率、高灵敏度磁成像、多功能检测能力和非侵入式检测等优势，在磁畴表征、反铁磁成像、超导表征、二维磁性材料研究等领域中具有重要应用。

室温版  SNVM

低温版  SNVM

来源：国仪量子技术 （合肥） 股份有限公司